JP2013008566A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光部からの光を効率よく出射しつつ、レンズ部材を適切に固定する。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１は有底略筒状の本体部２を有し、本体部２内の底面２１１にはＬＥＤチップを有する発光部３が取り付けられる。底面２１１上には発光部３の周囲を囲む第１反射面４１１を有する第１反射部４が設けられ、第１反射面４１１は底面２１１から離れるに従って外側へと広がる。ＬＥＤ照明装置１は、底面２１１とは反対側における第１反射部４の端部と当接するレンズ部材５、および、第１反射部４との間にてレンズ部材５を挟む第２反射部７をさらに有し、第２反射部７はレンズ部材５から離れるに従って外側へと広がる第２反射面７１１を有する。ＬＥＤ照明装置１では、反射面上にレンズ部材５を固定するための固定部を設けることなく、レンズ部材５を適切に固定して、発光部３からの光を効率よく出射することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤチップが実装された発光部を有するＬＥＤ照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）チップを発光源として用いる様々なＬＥＤ照明装置が実用されている。例えば、特許文献１では、天井に埋め込んで設置されるダウンライトであるＬＥＤ照明装置が開示されている。特許文献１のダウンライトは、装置本体、光源、光源の下側に配置される反射体、装置本体にねじ止めされるバッフル、および、バッフルの上端部と反射体の周部下面との間に挟持される透光板を備える。

特開２００９−６４７８１号公報

ところで、ダウンライトであるＬＥＤ照明装置において、発光部の周囲を囲む反射面上に固定部を設け、当該固定部にレンズ部材を固定することが考えられる。しかしながら、この場合、発光部からの光の一部が固定部にて遮蔽され、発光部からの光が効率よく出射されなくなる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、発光部からの光を効率よく出射しつつ、レンズ部材を適切に固定することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ＬＥＤ照明装置であって、中心軸を中心とする有底略筒状の本体部と、ＬＥＤチップを有し、前記本体部内の底面に取り付けられる発光部と、前記発光部の周囲を囲むとともに、前記中心軸に沿って前記底面から離れるに従って外側へと広がる第１反射面を有する第１反射部と、前記中心軸の方向において前記底面とは反対側における前記第１反射部の端部と当接するレンズ部材と、前記第１反射部との間にて前記レンズ部材を挟む部材であり、前記中心軸に沿って前記レンズ部材から離れるに従って外側へと広がる第２反射面を有する第２反射部とを備え、前記第１反射面の前記レンズ部材側の開口と対向する前記レンズ部材上の第１領域が、前記第２反射面の前記レンズ部材側の開口と対向する前記レンズ部材上の第２領域に含まれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置であって、前記レンズ部材が、一の主面にフレネルレンズが形成されたレンズ領域を有する板状部材であり、前記レンズ領域が前記第１領域を含む。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置であって、前記第１反射部が、前記第１反射面の前記レンズ部材側のエッジから前記中心軸に垂直かつ外側に広がる第１環状面を有し、前記第２反射部が、前記第２反射面の前記レンズ部材側のエッジから前記中心軸に垂直かつ外側に広がる第２環状面を有し、前記レンズ部材が、前記第１環状面と前記第２環状面との間に挟まれる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置であって、前記第１反射部が、前記中心軸の方向における長さが異なる他の第１反射部に交換可能である。

本発明によれば、発光部からの光を効率よく出射しつつ、レンズ部材を適切に固定することができる。

ＬＥＤ照明装置の平面図である。 ＬＥＤ照明装置の断面図である。 ＬＥＤ照明装置の分解図である。 レンズ部材を示す平面図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るＬＥＤ照明装置１の平面図である。また、図２は、図１中の矢印II−IIの位置におけるＬＥＤ照明装置１の断面図であり、図３は、ＬＥＤ照明装置１の分解図である。図１ないし図３では、互いに垂直なＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を矢印にて示している。ＬＥＤ照明装置１は、室内等に設置されるダウンライトであり、図２中の下側（（−Ｚ）側）の部位を鉛直方向の上方に向けて天井に取り付けられる。すなわち、図２の上下を反転した状態で、ＬＥＤ照明装置１が天井に取り付けられる。

図２および図３に示すように、ＬＥＤ照明装置１は、Ｚ方向に平行な中心軸Ｊ１を中心とする有底略筒状（本実施の形態では円筒状）の本体部２を有し、本体部２は略板状の底部２１および薄肉の筒状側部２２を有する。底部２１および筒状側部２２は、アルミニウム等により個別の部材として形成される。筒状側部２２は、（−Ｚ）側の端部から内側（中心軸Ｊ１側）へと突出する環状部２２１を有し、底部２１はねじにより環状部２２１に固定される。

底部２１の筒状側部２２側の主面２１１（すなわち、図２中の（＋Ｚ）側の面であり、本体部２内の底面に相当するため、以下、「底面２１１」という。）上には、複数の発光部３が設けられる。図３に示すＬＥＤ照明装置１では、底面２１１上において中心軸Ｊ１と重なる位置に１つの発光部３が配置され、中心軸Ｊ１を中心とする円周上において等角度間隔にて他の５個の発光部３が配置される。

各発光部３では、薄い矩形の基板上に複数のＬＥＤチップ（１つのＬＥＤチップのみであってもよい。）が実装され、複数のＬＥＤチップは樹脂にて封入（モールド）される。矩形の基板における１組の対角近傍には２つの貫通孔がそれぞれ形成され、各貫通孔に挿入されるねじが底部２１上に設けられたねじ穴に螺合されることにより、複数の発光部３が底面２１１上に取り付けられる。複数の発光部３は、図示省略の電源部に対して電気的に直列に接続される。

底部２１の他方の主面（図２中の（−Ｚ）側の主面）上には、ヒートシンク２１２が設けられる。ヒートシンク２１２では、複数の板状突起部が互いに平行に配列される。底部２１はアルミニウム等によりヒートシンク２１２と一体的に形成されており、発光部３のＬＥＤチップにて発生する熱がヒートシンク２１２にて効率よく除去される。

図２に示すように、本体部２の底面２１１上には、複数の発光部３の周囲を囲む環状の第１反射部４が設けられる。第１反射部４は、中心軸Ｊ１を中心とする薄肉の周壁部４１、および、周壁部４１の（＋Ｚ）側の端部から中心軸Ｊ１に垂直かつ外側に広がる薄肉の環状部４２を有する。周壁部４１では、中心軸Ｊ１に沿って底面２１１から離れるに従って中心軸Ｊ１との距離が漸次増大する。周壁部４１および環状部４２は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金にて形成される円筒部材をプレス加工することにより一体的に形成される。周壁部４１の内側面４１１は中心軸Ｊ１を中心とする回転面であり、鏡面仕上げが施されることにより反射面となっている。以下の説明では、内側面４１１を「第１反射面４１１」という。第１反射面４１１は、中心軸Ｊ１に沿って底面２１１から離れるに従って外側へと広がる。

第１反射部４の（＋Ｚ）側には板状部材であるレンズ部材５が設けられ、レンズ部材５は、Ｚ方向において底面２１１とは反対側における第１反射部４の端部、すなわち、環状部４２の（＋Ｚ）側の環状面４２１と当接する。レンズ部材５は、第１反射部４の環状部４２の外径よりも大きい円板状であり、レンズ部材５の外縁部には、複数の（本実施の形態では、３個の）切欠き部５９（図３参照）が形成される。図２に示すレンズ部材５はプラスチックにて形成され、（−Ｚ）側の主面５０には、サンドブラスト法等による粗面加工が施されている。すなわち、主面５０は、光を拡散する拡散面となる。また、レンズ部材５の（＋Ｚ）側の主面には、熱プレス加工等によりフレネルレンズが形成される。レンズ部材５の詳細については後述する。図２では、レンズ部材５の断面を示す平行斜線の図示を省略している。

図２および図３に示すように、レンズ部材５の（＋Ｚ）側の主面上には、透明な薄い円板状の保護パネル６が設けられる。保護パネル６の直径は、レンズ部材５とほぼ同じであり、保護パネル６により、レンズ部材５上のフレネルレンズの溝にゴミが詰まったり、フレネルレンズに傷がつくことが防止される。保護パネル６の外縁部にも複数の切欠き部６９が形成され、レンズ部材５の切欠き部５９と同位置に配置される。なお、ＬＥＤ照明装置１の設計によっては、拡散板が保護パネル６として用いられてもよい。

本体部２において筒状側部２２の環状部２２１には、複数の（本実施の形態では、３個の）スペーサ２３が中心軸Ｊ１を中心として等角度間隔にて固定される。レンズ部材５および保護パネル６では、切欠き部５９，６９内にねじ２４が挿入されてスペーサ２３に螺合されることにより、レンズ部材５および保護パネル６が、第１反射部４を間に挟んで本体部２に対して固定される。実際には、複数のスペーサ２３に螺合される複数のねじ２４、および、複数の切欠き部５９により、後述するように、レンズ部材５の向き（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする回転角）および位置が本体部２に対して合わせられる。また、既述の第１反射部４は複数のスペーサ２３の内側に配置されることにより、第１反射部４の中心軸が中心軸Ｊ１とおよそ一致する。

図２に示すように、本体部２内において、保護パネル６上には略円筒状の薄肉部材である第２反射部７が設けられる。第２反射部７は、中心軸Ｊ１を中心とする薄肉の周壁部７１、並びに、周壁部７１の（−Ｚ）側の端部および（＋Ｚ）側の端部から中心軸Ｊ１におよそ垂直かつ外側に広がる薄肉の環状部７２，７３を有する。周壁部７１では、中心軸Ｊ１に沿って保護パネル６から離れるに従って中心軸Ｊ１との距離が漸次増大する。周壁部７１および環状部７２，７３は一体的に形成され、表面は例えば白色の高反射塗装が施される。周壁部７１の内側面７１１は中心軸Ｊ１を中心とする回転面であり、中心軸Ｊ１に沿ってレンズ部材５および保護パネル６から離れるに従って外側へと広がる。周壁部７１の内側面７１１も発光部３からの光を（＋Ｚ）側へと導く反射面となっており、以下の説明では、内側面７１１を「第２反射面７１１」という。なお、周壁部７１のＺ方向の長さは第１反射部４の周壁部４１よりも長く、周壁部７１のＺ方向に対する傾斜角は、周壁部４１のＺ方向に対する傾斜角よりも小さい。

周壁部７１の（＋Ｚ）側の端部は、本体部２の（＋Ｚ）側の端部近傍まで広がっており、（＋Ｚ）側の環状部７３は本体部２の外側へと広がっている。また、（−Ｚ）側の環状部７２には、ねじ２４との干渉（接触）を避ける貫通孔７２２が形成される。環状部７２は保護パネル６とおよそ当接しており、レンズ部材５および保護パネル６は、環状部７２の（−Ｚ）側の環状面７２１と、第１反射部４の環状面４２１との間に挟まれて、確実に固定される。環状部７２の外径はレンズ部材５および保護パネル６よりも大きく、環状部７２の外縁はレンズ部材５および保護パネル６の周囲を囲むように（−Ｚ）側へと屈曲する。

ＬＥＤ照明装置１は、Ｖ字状の複数の板バネ８（以下、「Ｖバネ８」という。）をさらに備える。図２に示すように、Ｖバネ８はＺ方向に伸びる第１固定部位８１、および、第１固定部位８１の（−Ｚ）側の先端から、中心軸Ｊ１に垂直に内側へと（中心軸Ｊ１に向かって）突出する第２固定部位８２を有する。本体部２の筒状側部２２にはスリット状の開口２２２が形成され、第２固定部位８２が開口２２２内に挿入される。また、第１固定部位８１が筒状側部２２の外側面に当接しつつリベット２５により筒状側部２２に固定される。本体部２内において第２固定部位８２は、第２反射部７における（−Ｚ）側の環状部７２の（＋Ｚ）側の面に当接する。これにより、中心軸Ｊ１の方向（Ｚ方向）において、第１反射部４と第２反射部７との間にてレンズ部材５および保護パネル６を挟みつつ、第２反射部７が本体部２に対して実質的に固定される。

図４は、レンズ部材５を示す平面図である。レンズ部材５の（＋Ｚ）側の主面では、中心軸Ｊ１を中心とする円形領域がレンズ領域５１として設定されており、レンズ領域５１は、図２に示す第１反射部４の第１反射面４１１（周壁部４１）におけるレンズ部材５側（（＋Ｚ）側）の開口よりも大きい。第１反射面４１１の当該開口と対向するレンズ部材５上の領域（すなわち、Ｚ方向において当該開口と重なる領域であり、図４中にて符号Ａ１を付す二点鎖線にて示す。）を第１領域と呼ぶと、レンズ領域５１は第１領域Ａ１の全体を含んでいる。したがって、第１反射部４側からレンズ部材５へと入射する光のおよそ全てがレンズ領域５１を通過する。

また、図２に示す第２反射部７における第２反射面７１１のレンズ部材５側（（−Ｚ）側）の開口に着目し、当該開口と対向するレンズ部材５上の領域（図４中にて符号Ａ２を付す二点鎖線にて示す。）を第２領域と呼ぶと、第２領域Ａ２は第１領域Ａ１の全体を含んでいる。したがって、第１反射部４側からレンズ部材５へと入射する光のおよそ全てが第２反射部７側へと出射される。

レンズ部材５では、レンズ領域５１内において各発光部３とＺ方向に対向する位置５１１，５１１ａ（以下、「対向位置５１１，５１１ａ」という。）を中心として正のパワーを有するフレネルレンズが形成される。本実施の形態では、中央の対向位置５１１ａを中心として、対向位置５１１ａと周囲の対向位置５１１との間の距離のおよそ半分の半径の円形領域が、中央の対向位置５１１ａに対応するフレネルレンズの溝が形成される分割領域５１２ａとなる。また、レンズ領域５１のうち中央の分割領域５１２ａを除く環状の領域を、互いに隣接する２つの対向位置５１１（周囲の対向位置５１１）の各組合せを結ぶ線分の垂直二等分線にて分割することにより複数の分割領域５１２が取得され、各分割領域５１２に含まれる対向位置５１１に対応するフレネルレンズの溝が、当該分割領域５１２のおよそ全体に形成される。

ＬＥＤ照明装置１では、レンズ部材５の複数の対向位置５１１，５１１ａ（複数の分割領域５１２，５１２ａ）がＺ方向において本体部２の底面２１１上の複数の発光部３（図３参照）にそれぞれ重なるように、複数のスペーサ２３に螺合される複数のねじ２４、および、複数の切欠き部５９により、レンズ部材５の向き（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする回転角）および位置が本体部２に対して合わせられる。

図２のＬＥＤ照明装置１では、第２反射部７の（＋Ｚ）側の環状部７３を鉛直方向下側に向けつつ本体部２のおよそ全体が天井に形成される孔部内に挿入されて、ＬＥＤ照明装置１が天井に固定される。各発光部３のＬＥＤチップからの光はレンズ部材５のフレネルレンズにより集光され、ＬＥＤ照明装置１の下方の空間が照明される。本実施の形態では、ＬＥＤチップからの光の照射角（すなわち、発光部３の光軸を含む面上における光の強度の角度分布において、光軸上の強度の半値となる角度範囲（広がり角）であり、指向角に相当する。）がおよそ１２０度であるのに対し、レンズ部材５を通過した光の照射角はおよそ６０度となる。

また、ＬＥＤ照明装置１では、図２の第１反射部４を、中心軸Ｊ１方向の長さが異なる他の第１反射部に変更して、Ｚ方向における発光部３とレンズ部材５との間の距離を変更することにより、レンズ部材５を通過した光の照射角を６０度以外（例えば、３０度）とすることも可能である。このとき、図２のＬＥＤ照明装置１では、中心軸Ｊ１方向における長さを当該他の第１反射部に合わせた他のスペーサおよび筒状側部が、スペーサ２３および筒状側部２２に替えて用いられる。

以上のように、ＬＥＤ照明装置１では、レンズ部材５が第１反射部４と第２反射部７との間にて挟まれる。これにより、ＬＥＤ照明装置１における反射面（第１反射面４１１および第２反射面７１１）上に、レンズ部材５を固定するための固定部を設けることなく、レンズ部材５を適切に固定して、発光部３からの光を効率よく出射することができる。また、第１反射部４の外側において、レンズ部材５の向き、および、位置を本体部２に対して合わせるための部材（スペーサ２３およびねじ２４）を容易に配置することができる。さらに、本体部２の底面２１１およびレンズ部材５の双方に当接する第１反射部４により、レンズ部材５と発光部３との間の距離を容易に設定することができる。

また、レンズ部材５におけるレンズ領域５１が、第１反射面４１１のレンズ部材５側の開口に対応する第１領域Ａ１の全体を含むことにより、第１反射部４側からレンズ部材５へと入射する全ての光がレンズ領域５１を通過して集光される。これにより、ＬＥＤ照明装置１では、発光部３からの光をより効率よく出射することができる。また、本体部２の筒状側部２２、第１反射部４および第２反射部７が薄肉部材であることにより、ＬＥＤ照明装置１の軽量化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

上記実施の形態では、レンズ部材５上において複数の発光部３にそれぞれ対応する複数の分割領域５１２が設定されるため、レンズ部材５をスペーサ２３およびねじ２４により固定してレンズ部材５の向き、および、位置が本体部２に対して（正確には、本体部２上の発光部３に対して）合わせられるが、例えば、本体部２上においてレンズ部材５の切欠き部５９と係合するピン等が設けられる場合には、レンズ部材５をねじ止めすることなく、第１反射部４と第２反射部７との間で挟むことのみにより、レンズ部材５が固定されてもよい。また、この場合に、好ましくは図２のＬＥＤ照明装置１のように、第１反射面４１１のレンズ部材５側のエッジから中心軸Ｊ１に垂直かつ外側に広がる第１環状面４２１、および、第２反射面７１１のレンズ部材５側のエッジから中心軸Ｊ１に垂直かつ外側に広がる第２環状面７２１が設けられ、第１環状面４２１と第２環状面７２１との間にて、レンズ部材５が挟まれる。これにより、レンズ部材５をしっかりと保持することができる。

また、ＬＥＤ照明装置１において、１つの発光部（例えば、比較的大きい発光面積を有する発光部）のみが設けられてもよい。この場合、レンズ部材５の向きを調整する必要がないため、レンズ部材５の切欠き部５９が省略されるとともに、レンズ部材５の外縁に当接する部材（本体部２自体であってもよい。）が本体部２内に設けられ、当該部材によりレンズ部材５の位置を本体部２に対して合わせつつ、第１反射部４と第２反射部７との間で挟むことのみによりレンズ部材５が固定される。さらに、ＬＥＤ照明装置において求められる照明の質によっては、レンズ部材５の位置を本体部２に対して合わせるための部材が省略されてもよい。

ＬＥＤ照明装置１では、第１反射部４、スペーサ２３および筒状側部２２を、Ｚ方向の長さが異なる他の第１反射部、スペーサおよび筒状側部に交換することによりレンズ部材５を通過した光の照射角が変更されるが、ＬＥＤ照明装置１の設計によっては、第１反射部４のみを交換することにより光の照射角が変更されてもよい。このように、少なくとも第１反射部４が、中心軸Ｊ１の方向における長さが異なる他の第１反射部に交換可能なＬＥＤ照明装置１では、発光部３とレンズ部材５との間の距離を変更して、光の照射角を容易に変更することが実現される。

図２のＬＥＤ照明装置１では、本体部２の底部２１上において複数の発光部３が１つの第１反射面４１１にて囲まれることにより、第１反射部４が簡素な構造とされ、第１反射部４の製造コストを低減することが可能であるが、ＬＥＤ照明装置の設計によっては、複数の発光部３の周囲をそれぞれ囲む複数の第１反射面が形成されてもよい。この場合、当該複数の第１反射面を有する第１反射部と、第２反射部７との間にてレンズ部材５を挟むことにより、発光部３からの光をより効率よく出射しつつレンズ部材５を適切に固定することが可能である。

上記実施の形態のように、ＬＥＤ照明装置１がダウンライトとして使用される場合には、レンズ部材５を通過した光の照射角が３０度以上６０度以下に設定されることが好ましいが、ＬＥＤ照明装置１はダウンライト以外の用途（さらには、天井照明以外の用途）に用いられてよく、照明光の照射角も適宜変更されてよい。また、ＬＥＤ照明装置において、負のパワーを有するレンズ部材が用いられてもよく、レンズ部材はフレネルレンズ以外であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ ＬＥＤ照明装置
２ 本体部
３ 発光部
４ 第１反射部
５ レンズ部材
７ 第２反射部
５１ レンズ領域
２１１ 底面
４１１ 第１反射面
４２１ 第１環状面
７１１ 第２反射面
７２１ 第２環状面
Ａ１ 第１領域
Ａ２ 第２領域
Ｊ１ 中心軸

Claims (4)

1. ＬＥＤ照明装置であって、
   中心軸を中心とする有底略筒状の本体部と、
   ＬＥＤチップを有し、前記本体部内の底面に取り付けられる発光部と、
   前記発光部の周囲を囲むとともに、前記中心軸に沿って前記底面から離れるに従って外側へと広がる第１反射面を有する第１反射部と、
   前記中心軸の方向において前記底面とは反対側における前記第１反射部の端部と当接するレンズ部材と、
   前記第１反射部との間にて前記レンズ部材を挟む部材であり、前記中心軸に沿って前記レンズ部材から離れるに従って外側へと広がる第２反射面を有する第２反射部と、
   を備え、
   前記第１反射面の前記レンズ部材側の開口と対向する前記レンズ部材上の第１領域が、前記第２反射面の前記レンズ部材側の開口と対向する前記レンズ部材上の第２領域に含まれることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ照明装置であって、
   前記レンズ部材が、一の主面にフレネルレンズが形成されたレンズ領域を有する板状部材であり、前記レンズ領域が前記第１領域を含むことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置であって、
   前記第１反射部が、前記第１反射面の前記レンズ部材側のエッジから前記中心軸に垂直かつ外側に広がる第１環状面を有し、
   前記第２反射部が、前記第２反射面の前記レンズ部材側のエッジから前記中心軸に垂直かつ外側に広がる第２環状面を有し、
   前記レンズ部材が、前記第１環状面と前記第２環状面との間に挟まれることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置であって、
   前記第１反射部が、前記中心軸の方向における長さが異なる他の第１反射部に交換可能であることを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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